차량 환경에 적합한 V-PMV 기반 열쾌적성 평가 및 실시간 온도 추천 시스템 연구 = V-PMV?Based Thermal Comfort Assessment and Real-Time Temperature Recommendation System for Vehicle Environments

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 전기차 환경에서 기존 PMV(Predicted Mean Vote) 모델이 갖는 구조적 한계를 분석하고, 차량 특성을 반영한 새로운 열쾌적성 지표인 V-PMV(Vehicle-PMV)를 제안하였다. ISO 7730 기반 PMV는 보행 기반 상대 기류 속도 보정, 동적 의복 단열 등 정상상태 실내환경을 전제로 설계 되어 차량의 국소·비정상 열환경을 충분히 반영하지 못한다. 이에 본 연 구는 실차 기반 센서 데이터를 활용하여 기류 속도 및 의복 단열 인자를 차량 조건에 맞게 재정의하였으며, 외기온도 18°C 기준의 Cooling/Heating 그룹 분리와 결합하여 PMV 계산의 신뢰성을 향상시켰다. 또한 V-PMV를 기반으로 PMV 분포의 구조적 패턴을 자동으로 분석하기 위해 K-means 클러스터링을 적용하여 Cool–Normal–Warm 모드 기준을 데이터 기반으로 도출하였다. 이어 외기온도·일사량의 실차 분포를 토대로 외부조건 구간을 정의하고, 각 조건에서의 내부 인자 평균값을 결합하여 Cooling–Heating 통합 공조모드 테이블을 구성하였다. 마지막으로 Jetson Orin–ROS 기반 실시간 시스템을 구현하여 외기 조건 및 사용자 입력에 따른 추천 온도를 실시간으로 제공하는 구조를 제시하였다. 본 연구는 기존 온도 유지 중심의 HVAC 제어를 넘어 쾌적성 기반 제어로 확장할 수 있는 기반을 제시하였으며, 향후 폐루프 최적 제어, 다중 탑승자 확장, ML 기반 HVAC 제어 등으로 발전할 수 있는 실용적 프레임워크를 마련하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구 배경 및 필요성 1
• 제2절 기존 차량 공조 연구의 접근 방식 및 한계 3
• 제3절 관련 연구 5
• 1.3.1 전통적 공조 제어 연구 5
• 1.3.2 PMV 기반 차량 열쾌적성 평가 연구 6
• 1.3.3 차량 환경 특화 열쾌적성 모델 및 보정 연구 6
• 제4절 연구 목표 및 본 연구의 기여 8
• 1.4.1 선행 연구의 한계 및 본 연구의 차별성 9
• 제5절 논문 구성 안내 11
• 제2장 차량 데이터 및 실험 환경 12
• 제1절 데이터 수집 환경 및 구성 요소 12
• 제2절 차량 내 센서 구성 및 계측 방법 14
• 제3절 외기온도 기반 Cooling/Heating 그룹 생성 16
• 제4절 연구 방법 개요 19
• 제3장 공조 조작 패턴 분석 21
• 제1절 변수 범주화 및 입력 데이터 구성 21
• 제2절 공조 조작 패턴 탐색 23
• 제3절 공조 조작 패턴 탐색 한계 24
• 제4장 PMV 모델 적용 및 차량 환경 적합성 개선 25
• 제1절 PMV 모델 개요 25
• 제2절 PMV 인자 데이터 대응 27
• 제3절 PMV 차량 환경 적합성 개선 28
• 4.3.1 기류 속도 개선 28
• 4.3.2 의복 단열 개선 29
• 4.3.3 PMV 차량 환경 적합성 개선 요약 29
• 제4절 Vehicle-PMV(V-PMV) 모델 설계 31
• 제5절 PMV 개선 전·후 비교 32
• 제6절 PMV 개선 결과 정리 34
• 제5장 공조모드 기준 생성 38
• 제1절 빈도 기반 방식 38
• 제2절 자동 군집 기반 방식 40
• 5.2.1 K-means 클러스터링 적용 배경 40
• 5.2.2 K-means 클러스터링 적용 방식 40
• 5.2.3 K-means 클러스터링 기반 모드 기준 결과 41
• 5.2.4 방식 비교 및 의의 43
• 제3절 외부 인자 기반 모드 기준 생성의 필요성 45
• 5.3.1 외부 인자 선택 이유 45
• 5.3.2 외기온도 범주 설정 45
• 5.3.3 일사량 범주 설정 47
• 제4절 외부 조건별 공조모드 테이블 생성 48
• 5.4.1 테이블 구성 개요 48
• 5.4.2 Cooling/Heating 그룹별 내부 인자 평균값 산출 49
• 5.4.3 결측 조합 처리 및 모드별 온도 일관성 보정 50
• 5.4.4 외기 조건별 공조모드 테이블의 특성 51
• 제5절 Cooling/Heating 통합 테이블 53
• 5.5.1 통합 테이블 구조 및 대표 구간 예시 53
• 5.5.2 전체 테이블 요약 및 패턴 해석 53
• 5.5.3 통합 테이블의 공조 제어 활용성 54
• 제6장 실시간 쾌적성 제어를 위한 온도 추천 시스템 구현 55
• 제1절 시스템 구성 55
• 제2절 추천 로직 설계 56
• 제3절 GUI 기반 실시간 모니터링 시스템 57
• 제7장 결론 및 향후 연구 59
• 제1절 연구 요약 59
• 제2절 본 연구의 주요 기여 60
• 제3절 연구 한계점 61
• 제4절 향후 연구 방향 62
• 참고문헌 64
• ABSTRACT 66